偶氮四唑锌在电火工品中的应用

邹有英 高玉平 赵敏 王文敏 杨欢

浙江物产光华民爆器材有限公司，中国·浙江 衢州 324400

1 引言

偶氮四唑锌（ZnATZ）为四唑类上具有较高的含氮量、高能、高产量时，对环境污染小[1]。四唑基团C 上H 原子容易被不稳定基团或金属离子取代，随取代基和成盐基团不同，得到不同性能的化合物。这类化合物由于含氮量高且含碳量低，容易形成负氧平衡，燃烧或爆炸产生的最终产物绝大部分为氮气，对环境污染和健康危害程度极小。将偶氮键引入四唑分子结构中，提高了氮含量，增加了生成焓。偶氮四唑锌不含有毒金属，生成焓高，分解气体绝大部分为氮气，满足了高能绿色的要求。

ZnATZ 静电火花感度较为敏感，火焰感度较高，假比重0.3 左右，粒度较小，可以用作电火工品点火药剂，尤其适合点火头的蘸药[2]。目前，中国电火工品品种、用量越来越多，点火药需求量与日俱增。论文主要围绕ZnATZ 的制备技术及在电火工品中的应用等进行研究述评。

2 ZnATZ 的制备技术

2.1 合成路线

ZnATZ 是以偶氮四唑钠盐和锌盐为原料，通过置换反应得到目标化合物5，5'-偶氮四唑锌，采用THIELE 碱性氧化法将5-氨基四唑氧化生成5，5'-偶氮四唑钠（NaATZ）,NaATZ与锌离子在溶液中发生置换反应生成5，5'-偶氮四唑锌（ZnATZ），具体合成路线见图1、图2。

图1 偶氮四唑钠的合成路线

图2 偶氮四唑锌的合成路线

2.2 制备过程

考虑5，5'-偶氮四唑钠（NaATZ）在工厂现有设备中不适合化合，故此中间体采用外购中间体，化合流程见图3，化合设备图见图4。

图3 化合流程图

图4 化合设备图

ZnATZ 中含有偶氮基团和四唑生色官能团，其颜色为黄色，不易染色，显微镜下观察ZnATZ 结晶为近似球聚晶[2]，化合后药剂照片见图5。堆积法测得假比重为0.3g/cm3～0.5g/cm3。

图5 药剂图

3 药剂性能

3.1 理化分析

取约0.3g试料（ZnATZ）置于锥形瓶中，加15ml硝酸溶液，摇动锥形瓶使试料完全溶解。过量硝酸用氢氧化钠溶液中和。加15ml 乙酸-乙酸钠缓冲液，2 滴二甲酚橙指示剂，用乙二胺四乙酸二钠标准溶液滴定溶液由紫红色变为橙黄色即为终点。锌的质量分数为：

按此公式算得锌含量为28.7%，此含量锌的ZnATZ，无结块、蓬松，假比重约0.3g/cm3～0.5g/cm3，符合使用要求。

3.2 干态、湿态性能

湿态ZnATZ 用导火索或小药头激发，均不能被激发。湿态激发图见6。

图6 湿态激发图

干态用小药头能被激发，激发后的输出性能见图7。

图7 输出性能图

此图可以说明，ZnATZ 具有弱起爆输出功能。

3.3 静电、火焰性能

ZnATZ 爆炸产生少许白烟，燃烧完全，仅有少量线黄色氧化锌残渣。爆发点低为235℃，静电感度50%发火点能量为0.6mJ，静电火花感度较为敏感，火焰感度高，按升降法实验50%发火的特征高度，测得结果47.3cm，火焰感度高，可用作点火药。

4 药剂应用

4.1 电火工品中药剂应用

根据ZnATZ 的性能，可作为单质点火药也可与其他药剂混合作为混合点火药，应用于多种电火工品中。

4.1.1 电爆管（电雷管）

电爆管（电雷管）是一种用来引爆炸药的装置或引爆下一级雷管的火工元件。其引爆有直流引爆、电容器放电引爆[3]。电爆管的通用结构为在管壳内装入炸药、起爆药、点火药与电极塞（半导体桥塞）一起压制收口退出。

电爆管主要流程图，见图8。

图8 电爆管主要流程图

4.1.2 电点火头（管）

电点火头的核心是一种电发热材料，在电热材料的周围裹上一层点火药物，构成点火头，当通过一定大的电流使电发热材料产生高热，引燃药物形成高温火球，从而达到点火的目的。电点火头广泛应用于烟花产品、消防灭火器中。遗憾的是目前大多数工业用电点火头用药剂含有铅，如三硝基间二酚铅、四氧化三铅等。当这些化合物燃烧时产生含铅的烟雾。这些铅的污染物对现场的工作人员及观众的身体健康造成伤害。而偶氮四唑锌（ZnATZ）为不含铅材料，同时具有所需的热稳定性，并且可由极小的热能瞬间可靠点火。根据大量试验证明，偶氮四唑锌（ZnATZ）的点火是可靠的。

偶氮四唑锌（ZnATZ）、硝化棉胶液与稀释剂调配成具有一定粘稠度的、适合蘸药的状态。

电点火头主要流程图，见图9。

图9 电点火头主要流程图

第一道药多为单质药（ZnATZ、碱式LTNR），也有少数为混合药；第二道药多为混合药。

电点火头实物图见图10。

图10 电点火头实物图

4.2 应用于电火工品中的性能

发火可电容放电发火，也可通电流发火，根据产品指标而定。测时可采用声靶法，也可采用电流探头、光电法等测试。现采用最常规的声靶法示波器进行测时，由示波器采集数据，并显示时间数据。

测时系统图见图11。

图11 测时系统图

某电点火头测时数据见图12、某电爆管测时数据见图13。

如图12所示，桥丝直径为0.040mm，药剂为ZnATZ。

图12 某电点火火头测时图

如图13所示，桥丝直径为φ0.012mm、药剂为ZnATZ，测试数据表明， ZnATZ 达微秒级，可瞬间点火[4]。对于要求定距功能的电火工品，瞬间点火其精度一致性更可靠。

图13 某电爆管测时图

4.3 ZnATZ 与其他点火药优劣对比

4.3.1 颗粒度

ZnATZ 与其他点火药对比分析见表1。

表1 ZnATZ 与其他点火药对比分析表

作为点火药，合适的粒度对工艺性、质量一致性来说是极其重要的[5]。ZnATZ 与LTNR（碱式）其颗粒度均可作为点火药，但对于制造LTNR（碱式）困难的企业可以尝试用ZnATZ 替代LTNR（碱式）。

4.3.2 烟、光

ZnATZ 具有无烟无光特点（影视烟火产品要求电点火头、电爆管等具有无烟无光的影视效果），鉴于公司设备仪器无法拍摄瞬间的烟光，因此暂用白布展示烟效。LTNR（碱式）点火药，发火后白布上明显有烟产生，见图14；ZnATZ 作点火药，发火后白布上基本无烟，见图15。

图14 某点火药烟效图

图15 ZnATZ 烟效图

5 结论与展望

ZnATZ 药剂具有以下特点：

（1）静电火花感度较为敏感，火焰感度较高。

（2）具有弱起爆输出。

（3）假比重约0.3g/cm3～0.5g/cm3，颗粒度均匀性、一致性较好。

（4）具有无烟无光的特点。

（5）不含重金属铅，对环境污染和健康危害极小。

ZnATZ 作为一种新型的点火药，被广泛应用于电火工品中优于其他点火药，经过相应的应用试验，客户适配性试验后反馈，无任何质量问题。试验表明该药剂作为点火药，可广泛应用于电火工品制造中，具有良好的应用前景。